Ученые России и Германии поймали порядка 100 тыс. запутанных фотонов

Ученые из Германии и России получили 100 тыс. фотонов, которые находятся в состоянии квантовой запутанности. Важностью такого достижения является то, что ранее удавалось получить лишь 12 частиц.

Квантовая запутанность представляет собой хрупкую связь, она может возникнуть между несолькими частицами. Запутанные частицы, невзирая на расстояние, которое делит их в пространстве, имеют одинаковое квантовое состояние. Однако, если одна из таких частиц начинает менять свое состояние, то все остальные повторяют данное действие.

Раньше чтобы получить нескольких запутанных фотонов, ученым приходилось пропускать лазерный луч сквозь оптический кристалл, который называется "поляризационный разделитель". Проходя сквозь кристалл, частица света разделяется на два запутанных слабых фотона, один из них сохраняется в установке, а второй делится еще на два. Но с каждым таким раздвоением интенсивность луча света падает в два раза.

Мария Чехова со своими коллгами сумели разработать и применить абсолютно новую методику измерений, которая дала возможность работать с огромным числом фотонов.

Ученые пропускали короткие лазерные импульсы через поляризационный разделитель пучка и на выходе получали два луча с абсолютно разной поляризацией фотонов.

Затем оба луча пропускались сквозь два нелинейных кристалла бария. Нелинейность кристаллов привела к тому, что каждый из фотонов породил новую пару частиц с одинаковой поляризацией, но с противоположными энергиями - энергией A и энергией B.

Первоначальный распад происходит спонтанно, и, в момент, когда первая пара фотонов находится в кристаллах, она пораждает новые пары. В итоге получается каскад из запутанных частиц, которые находятся в сжатом состоянии.

Затем связанные фотоны направляются учеными на второй поляризационный разделитель, только в этом случае объединяет их, а не делит, делая неполяризованным общий луч. Если направить свет на дихроическую пластинку, то поляризация фотонов меняется. Так, поляризация фотонов с энергией A отличается на 90 градусов от фотонов с энергией В на 90 градусов.

Чтобы узнать запутаны ли полученные фотоны, ученые пропускали луч еще и сквозь третий поляризационный разделитель. Он, в свою очередь, направлял на два отдельных детектора фотоны с разной поляризацией. После этого ученые принимались подсчитывать количество частиц в каждом луче. Результаты измерений показали, что абсолютно все 100 тысяч фотонов находились в состоянии квантовой запутанности, т.е. зависимости друг от друга.